JP2000203035A - Production of water repellent structure, water repellent structure, ink jet recording head and ink jet recording apparatus - Google Patents
Production of water repellent structure, water repellent structure, ink jet recording head and ink jet recording apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、撥水性の優れた撥
水性構造体及びその製造方法、インクジェット記録ヘッ
ド並びにインクジェット記録装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water repellent structure having excellent water repellency, a method for manufacturing the same, an ink jet recording head, and an ink jet recording apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液滴付着防止や汚染防止のため各種の撥
水剤、撥水処理が開発され、電子機器を含む各種製品に
用いられている。中でもインクジェット記録装置におい
ては、その心臓部であるヘッドの表面処理として実用化
され、この撥水処理は印字品質を左右する重要な処理と
なっている。2. Description of the Related Art Various water-repellent agents and water-repellent treatments have been developed to prevent the adhesion of droplets and the prevention of contamination, and are used in various products including electronic equipment. Above all, in an ink jet recording apparatus, it is put to practical use as a surface treatment of a head which is a heart part thereof, and this water repellent treatment is an important treatment which affects print quality.
【０００３】インクジェット記録ヘッドのインク吐出面
の構成材料はガラス、金属などが用いられている。Glass, metal, and the like are used as constituent materials of an ink ejection surface of an ink jet recording head.
【０００４】インクジェット記録ヘッドにおいて、ノズ
ル表面の撥水性が不十分な状況では、水性または油性の
インクの液滴が付着し易くなり、その結果、吐出するイ
ンク滴の直進性が損なわれ、印字乱れなどのトラブルに
よって記録不能となることがある。またインクジェット
記録ヘッドのインク吐出面の構成材料はインクに濡れ易
い性質がある。従って、水性または油性のインク付着を
完全に防止するを目的として、撥水処理が施される。In an ink jet recording head, if the water repellency of the nozzle surface is insufficient, droplets of water-based or oil-based ink tend to adhere, and as a result, the straightness of the ejected ink droplets is impaired, and printing is disturbed. Recording may not be possible due to such troubles. Further, the constituent material of the ink ejection surface of the ink jet recording head has a property of easily getting wet with the ink. Therefore, a water-repellent treatment is performed for the purpose of completely preventing the adhesion of the water-based or oil-based ink.
【０００５】撥水処理には、水の接触角が１２０度を越
える、インクジェット記録ヘッドに対して理想的な撥水
処理（超撥水処理）がある。フッ素化学入門（日刊工業
新聞、１９９７年３月１日発行）５９頁１０行目〜６３
頁６行目に記載されているように、ニッケル膜へフッ素
原子密度を高めたポリフルオロエチレン微粒子を分散さ
せてた超撥水を実現させた共析メッキ法や、関西ペイン
トの商品名「カンペニレックス」のような表面形状を設
計して超撥水を実現させた塗装法が知られている。Water-repellent treatment includes ideal water-repellent treatment (super-water-repellent treatment) for an ink jet recording head in which the contact angle of water exceeds 120 degrees. Introduction to Fluorine Chemistry (Nikkan Kogyo Shimbun, March 1, 1997), p. 59, lines 10-63
As described in the sixth line of the page, eutectoid plating which realizes super water repellency by dispersing polyfluoroethylene fine particles having an increased fluorine atom density in a nickel film, and the product name "Kanpe" of Kansai Paint A coating method that realizes super water repellency by designing a surface shape such as "Nilex" is known.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の超撥水処
理法は、次のような課題を有した。However, the conventional super water-repellent treatment has the following problems.
【０００７】（１）インクジェット記録装置のインクに
は、色素の安定分散及び紙への浸透促進のため、種々の
界面活性剤が添加されている。共析メッキ法では、これ
らの界面活性剤がニッケル面へ吸着するため、長期間印
字させた場合にはインク濡れによる品質低下が起きる場
合がある。(1) Various surfactants are added to the ink of the ink jet recording apparatus in order to stably disperse the dye and promote the penetration into the paper. In the eutectoid plating method, since these surfactants are adsorbed to the nickel surface, when printing is performed for a long time, the quality may be deteriorated due to ink wetting.
【０００８】（２）インクジェット記録装置は、ヘッド
表面に付着した紙粉や外来の汚染物質をクリーニングす
るためゴム擦り操作がある。従来の超撥水塗装法はこの
ゴム擦り操作によって塗膜が剥がれるため、品質低下が
起きる場合がある。(2) The ink jet recording apparatus has a rubber rubbing operation for cleaning paper dust and foreign contaminants adhering to the head surface. In the conventional super water-repellent coating method, since the coating film is peeled off by the rubber rubbing operation, the quality may deteriorate.
【０００９】本発明は、以上の課題を解決するものであ
り、撥水性が長期間に渡って持続される撥水性性構造体
及びその製造方法、ノズル表面が撥水特性に優れしかも
長期間に亘って高い印字品質を維持し得るインクジェッ
ト記録ヘッド並びにそのインクジェット記録ヘッドを搭
載したインクジェット記録装置を提供することを目的と
している。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a water-repellent structure in which water repellency is maintained for a long period of time, a method of manufacturing the same, and a nozzle surface having excellent water-repellent properties and having a long repellency. It is an object of the present invention to provide an ink jet recording head capable of maintaining high print quality over a long period of time and an ink jet recording apparatus equipped with the ink jet recording head.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項１の撥水性構造体
の製造方法は、基板表面に形成された凹凸構造を有する
撥水性構造体を製造する方法であって、前記凹凸構造を
フォトリソグラフィー法及び等方性ウェットエッチング
法によって製造することを特徴とする。A method for manufacturing a water-repellent structure according to claim 1 is a method for manufacturing a water-repellent structure having a concavo-convex structure formed on a substrate surface, wherein the concavo-convex structure is formed by photolithography. It is characterized by being manufactured by a method and an isotropic wet etching method.
【００１１】請求項２の撥水性構造体の製造方法は、基
板表面に形成された凹凸構造を有する撥水性構造体を製
造する方法であって、前記凹凸構造をフォトリソグラフ
ィー法及び異方性ウェットエッチング法によって製造す
ることを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a water-repellent structure having a concavo-convex structure formed on a substrate surface. It is characterized by being manufactured by an etching method.
【００１２】請求項３の撥水性構造体の製造方法は、基
板表面に形成された凹凸構造を有する撥水性構造体を製
造する方法であって、前記凹凸構造をフォトリソグラフ
ィー法及び等方性ドライエッチング法によって製造する
ことを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a water-repellent structure having a concavo-convex structure formed on a surface of a substrate, wherein the concavo-convex structure is formed by photolithography and isotropic drying. It is characterized by being manufactured by an etching method.
【００１３】請求項４の撥水性構造体は、請求項１乃至
３のいずれかに記載の撥水性構造体の製造方法によって
製造されたことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a water-repellent structure manufactured by the method for manufacturing a water-repellent structure according to any one of the first to third aspects.
【００１４】請求項５の撥水性構造体は、請求項４に記
載の撥水性構造体において、前記基板表面の凸部の高さ
が均一であることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the water-repellent structure according to the fourth aspect, the height of the projection on the substrate surface is uniform.
【００１５】請求項６の撥水性構造体は、請求項５記載
の撥水性構造体において、前記凸部の高さの均一性が２
５０μｍ以内であることを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the water-repellent structure according to the fifth aspect, the height uniformity of the projections is 2 or less.
It is characterized by being within 50 μm.
【００１６】請求項７の撥水性構造体は、請求項５記載
の撥水性構造体において、前記凸部の高さの均一性が１
５μｍ以内であることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the water-repellent structure according to the fifth aspect, the height uniformity of the projections is 1 or more.
It is characterized by being within 5 μm.
【００１７】請求項８の撥水性構造体は、請求項５記載
の撥水性構造体において、前記凸部の高さの均一性が５
μｍ以内であることを特徴とする。The water-repellent structure according to claim 8 is the water-repellent structure according to claim 5, wherein the height uniformity of the projections is 5 or less.
μm or less.
【００１８】請求項９の撥水性構造体は、請求項４に記
載の撥水性構造体であって、前記凹部の深さが所定の深
さ以上となっていることを特徴とする。A ninth aspect of the present invention is the water-repellent structure according to the fourth aspect, wherein the depth of the concave portion is equal to or more than a predetermined depth.
【００１９】請求項１０の撥水性構造体は、請求項９記
載の撥水性構造体において、前記凹部の深さが１μｍ以
上であることを特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, in the water repellent structure according to the ninth aspect, the depth of the concave portion is 1 μm or more.
【００２０】請求項１１の撥水性構造体は、請求項９記
載の撥水性構造体において、前記凹部の深さが３μｍ以
上であることを特徴とする。The water-repellent structure according to claim 11 is the water-repellent structure according to claim 9, wherein the depth of the recess is 3 μm or more.
【００２１】請求項１２の撥水性構造体は、請求項９記
載の撥水性構造体において、前記凹部の深さが５μｍ以
上であることを特徴とする。According to a twelfth aspect of the present invention, in the water repellent structure of the ninth aspect, the depth of the concave portion is 5 μm or more.
【００２２】請求項１３の撥水性構造体は、請求項４に
記載の撥水性構造体であって、前記凹凸は、液滴が凹部
に落ち込むことなく、かつ、液滴が凹部の空気層と確実
に接触する、ような大きさであることを特徴とする。A water-repellent structure according to a thirteenth aspect is the water-repellent structure according to the fourth aspect, wherein the irregularities are such that the droplets do not fall into the concave portions and the droplets are in contact with the air layer of the concave portions. The size is such that the contact is ensured.
【００２３】請求項１４の撥水性構造体は、請求項４乃
至１３に記載の撥水性構造体において、前記の凹凸は、
突起部が分布配置されたもの、突起部が線条になってい
るもの、又は、格子状からなるものであることを特徴と
する。The water-repellent structure according to claim 14 is the water-repellent structure according to any one of claims 4 to 13, wherein the irregularities are:
It is characterized in that the projections are distributed and arranged, the projections are linear, or are formed in a lattice shape.
【００２４】請求項１５の撥水性構造体は、請求項１４
に記載の撥水性構造体において、前記突起幅又は溝幅は
０．２μｍ〜５００μｍであることを特徴とする。The water-repellent structure of claim 15 is
Wherein the width of the projections or the width of the grooves is 0.2 μm to 500 μm.
【００２５】請求項１６の撥水性構造体は、請求項１４
に記載の撥水性構造体において、前記突起幅又は溝幅は
０．５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする。[0025] The water-repellent structure of claim 16 is provided by claim 14.
Wherein the protrusion width or groove width is 0.5 μm to 30 μm.
【００２６】請求項１７の撥水性構造体は、請求項１４
に記載の撥水性構造体において、前記突起幅又は溝幅は
１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする。[0026] The water-repellent structure of the seventeenth aspect is the fourteenth aspect.
Wherein the width of the protrusions or the width of the grooves is 1 μm to 10 μm.
【００２７】請求項１８の撥水性構造体は、請求項４乃
至１７に記載の撥水性構造体において、前記の凹凸を有
する基板表面に撥水膜が形成されてなることを特徴とす
る。The water-repellent structure according to claim 18 is the water-repellent structure according to any one of claims 4 to 17, wherein a water-repellent film is formed on the surface of the substrate having the irregularities.
【００２８】請求項１９の撥水性構造体は、請求項４乃
至１８に記載の撥水性構造体において、前記基板はシリ
コン、酸化シリコン又はガラスであることを特徴とす
る。A water-repellent structure according to a nineteenth aspect is the water-repellent structure according to any one of the fourth to eighteenth aspects, wherein the substrate is made of silicon, silicon oxide, or glass.
【００２９】請求項２０のインクジェット記録ヘッド
は、インク吐出面に撥水性能を付与したインクジェット
記録ヘッドにおいて、インク吐出孔以外の前記インク吐
出面が、請求項４乃至１９のいずれかに記載の撥水性構
造体から構成されていることを特徴とする。According to a twentieth aspect of the present invention, in the ink jet recording head having a water repellent property on the ink ejection surface, the ink ejection surface other than the ink ejection holes has the ink repellency according to any one of the fourth to nineteenth aspects. It is characterized by being composed of an aqueous structure.
【００３０】請求項２１のインクジェット記録ヘッド
は、インク吐出面に撥水性能を付与したインクジェット
記録ヘッドにおいて、インク吐出孔以外の前記インク吐
出面が、請求項１３に記載の撥水性構造体から構成され
ていることを特徴とする。According to a twenty-first aspect of the present invention, in the ink jet recording head having an ink ejection surface provided with water repellency, the ink ejection surface other than the ink ejection holes is constituted by the water repellent structure according to the thirteenth aspect. It is characterized by having been done.
【００３１】請求項２２のインクジェット記録装置は、
請求項２０に記載のインクジェット記録ヘッドを搭載し
たことを特徴とする。An ink jet recording apparatus according to claim 22 is
An ink jet recording head according to claim 20 is mounted.
【００３２】請求項２３のインクジェット記録装置は、
請求項２１に記載のインクジェット記録ヘッドを搭載し
たことを特徴とする。An ink jet recording apparatus according to claim 23,
An ink jet recording head according to claim 21 is mounted.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
実施形態１に係る撥水性構造体の説明図である。同図に
おいて、撥水性構造体１００はシリコン基板１１の表面
に凹部１７及び凸部１８が形成される。そして、シリコ
ン基板１１の表面に形成されたこの凹部１７には空気層
２０が生成される。(Embodiment 1) FIG. 1 is an explanatory view of a water-repellent structure according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, the water repellent structure 100 has a concave portion 17 and a convex portion 18 formed on the surface of a silicon substrate 11. Then, an air layer 20 is generated in the concave portion 17 formed on the surface of the silicon substrate 11.
【００３４】図２は撥水機能が発揮されているときの水
の接触角の説明図である。同図に示されるように、撥水
機能が発揮されるためには、水の接触角θが１２０度以
上（インク液滴の場合には９０度以上）であることが必
要である。図１の撥水性構造体１００は、水の接触角θ
が１２０度以上となり撥水機能を発揮するためには、凹
部１７の大きさが、液滴２１が凹部１７に落ち込むこと
なく、空気層２０と接することができるサイズであるこ
とが必要である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the contact angle of water when the water repellent function is exhibited. As shown in the figure, in order to exhibit the water repellent function, the contact angle θ of water needs to be 120 degrees or more (90 degrees or more in the case of ink droplets). The water repellent structure 100 shown in FIG.
In order to achieve a water repellent function of 120 ° or more, the size of the concave portion 17 needs to be a size that allows the droplet 21 to come into contact with the air layer 20 without falling into the concave portion 17.
【００３５】図３は図１の凹部１７及び凸部１８の寸法
についての説明図である。同図において、Ａは突起幅
（マスク設計による）、Ｂは溝幅（マスク設計によ
る）、Ｃは加工量（深さ・エッチング時間による）、Ｄ
は側壁角度（エッチング条件による）である。この撥水
性構造体をインクジェット記録ヘッドに適用する場合に
は、インク滴の直径が１０μｍくらいであるため、上記
のＡ，Ｂはその直径との関係から自ずと規制される。ま
た、上記Ｃもインク滴が底面に接触して封入される現象
を防止するために或る程度の深さが必要である。このた
め、上記のＡ，Ｂについては、０．２〜５００μｍ、
０．５〜３０μｍ、更に望ましくは１〜１０μｍの範囲
に規定される。また、上記のＣについては、１μｍ以
上、３μｍ以上、更に望ましくは５μｍ以上の深さに規
定される。凸部の高さの均一性は、耐擦傷性の観点か
ら、Ａ、Ｂの値の０．５倍以内、０．３倍以内、更に望
ましくは０．１倍以内に規定される。FIG. 3 is an explanatory diagram of the dimensions of the concave portion 17 and the convex portion 18 in FIG. In the figure, A is the protrusion width (depending on the mask design), B is the groove width (depending on the mask design), C is the processing amount (depending on the depth / etching time), D
Is the side wall angle (depending on the etching conditions). When this water-repellent structure is applied to an ink jet recording head, the diameters of the ink droplets are about 10 μm, and thus the above A and B are naturally regulated in relation to the diameters. The above C also needs a certain depth in order to prevent the phenomenon that the ink droplet contacts the bottom surface and is sealed. For this reason, the above A and B are 0.2 to 500 μm,
It is defined in the range of 0.5 to 30 μm, more preferably 1 to 10 μm. Further, the above-mentioned C is defined to a depth of 1 μm or more, 3 μm or more, and more preferably 5 μm or more. The uniformity of the height of the projections is specified to be within 0.5 times, 0.3 times, and more preferably 0.1 times the values of A and B from the viewpoint of abrasion resistance.
【００３６】図４は図１の撥水性構造体１００の平面図
である。同図（Ａ）は凸部１８が規則的に分布配置され
た例であり、同図（Ｂ）は凸部１８がライン状に配置さ
れた例であり、同図（Ｃ）は凸部１８が格子状に配置さ
れた例である。なお、同図（Ａ）は凸部１８は四角柱の
例であるが、これは三角柱、五角柱、六角柱、円柱など
の各種柱であっても良い。FIG. 4 is a plan view of the water-repellent structure 100 of FIG. FIG. 2A shows an example in which the convex portions 18 are regularly distributed and arranged, FIG. 2B shows an example in which the convex portions 18 are arranged in a line, and FIG. Are examples arranged in a grid pattern. Although FIG. 5A shows an example in which the convex portion 18 is a quadrangular prism, the convex portion 18 may be various types of columns such as a triangular column, a pentagonal column, a hexagonal column, and a circular column.
【００３７】（実施形態２）図５は、本発明の実施形態
２に係るインクジェット記録ヘッドの分解斜視図であ
る。このようにインクジェット記録ヘッドは、第１プレ
ート１と第２プレート２の積層した構成により、インク
の供給部３、静電気により振動する静電振動板やＰＺＴ
などの圧電振動子などの振動板の振動により、又は発熱
体の発熱によりインクを吐出する圧力室４及びインクが
通過する流路５を形成しており、第２プレート２には流
路５と垂直方向にノズル孔６が形成されている。そし
て、第２プレートの表面には図１の撥水性構造体が形成
されており、その表面には撥水膜が形成されている。Embodiment 2 FIG. 5 is an exploded perspective view of an ink jet recording head according to Embodiment 2 of the present invention. As described above, the ink jet recording head has a structure in which the first plate 1 and the second plate 2 are stacked, and the ink supply unit 3, the electrostatic vibrating plate vibrating by static electricity, and the PZT
A pressure chamber 4 for discharging ink by vibration of a vibration plate such as a piezoelectric vibrator or heat generated by a heating element, and a flow path 5 through which the ink passes. A nozzle hole 6 is formed in the vertical direction. The water-repellent structure shown in FIG. 1 is formed on the surface of the second plate, and a water-repellent film is formed on the surface.
【００３８】（実施形態３）図６は、本発明の実施形態
３に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程の一部を
示した断面図であり、第２プレート２の表面に撥水性構
造体を形成するための製造工程を示している。ここで
は、シリコン基板の表面をフォトリソグラフィー法及び
異方性ウエットエッチング法によって加工して撥水性構
造体を形成する場合について説明する。(Embodiment 3) FIG. 6 is a sectional view showing a part of a manufacturing process of an ink jet recording head according to Embodiment 3 of the present invention, in which a water-repellent structure is formed on the surface of a second plate 2. 1 shows a manufacturing process for performing the above. Here, a case where the surface of a silicon substrate is processed by photolithography and anisotropic wet etching to form a water-repellent structure will be described.
【００３９】まず、結晶方位（１００）の４インチサ
イズの単結晶シリコンウエハを第２プレート２の製造基
板として用意し、図６（ａ）に示されるように、熱酸化
法を用いて、単結晶シリコン基板１１の少なくとも一方
の面に約１０００オングストロームのシリコン酸化膜１
２を形成する。First, a 4-inch single crystal silicon wafer having a crystal orientation (100) is prepared as a manufacturing substrate of the second plate 2 and, as shown in FIG. A silicon oxide film 1 of about 1000 angstroms is formed on at least one surface of the crystalline silicon substrate 11.
Form 2
【００４０】次に、図６（ｂ）に示されるように、東
京応化株式会社製の感光性樹脂ＯＦＰＲ−８００（粘度
３０ｃｐｓ）を単結晶シリコン基板１１のシリコン熱酸
化膜１２上へ約２ｍｌ滴下し、１分間に５０００回転の
速度で３０秒間スピンコートし、感光性樹脂層１３を形
成する。このスピンコート条件によって、感光性樹脂を
平均膜厚約１μｍ、ウエハ面内ばらつき１０％で塗布す
ることができる。なお、塗布膜厚は加工する溝のサイズ
等によって適宜変化させる。感光性材料塗布膜厚の最大
値は溝の一辺の寸法が２μｍの場合には２μｍである。Next, as shown in FIG. 6B, about 2 ml of a photosensitive resin OFPR-800 (viscosity: 30 cps) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. is dropped on the silicon thermal oxide film 12 of the single crystal silicon substrate 11. Then, the photosensitive resin layer 13 is formed by spin coating at a speed of 5000 rotations per minute for 30 seconds. Under these spin coating conditions, the photosensitive resin can be applied with an average film thickness of about 1 μm and a variation within the wafer surface of 10%. The thickness of the applied film is appropriately changed depending on the size of the groove to be processed. The maximum value of the coating thickness of the photosensitive material is 2 μm when the dimension of one side of the groove is 2 μm.
【００４１】次に、摂氏９０度のオーブンで３０分間
乾燥させ、単結晶シリコン基板１１を室温まで冷却す
る。図６（ｃ）に示されるように、基板１１に対して、
一辺が０．２μｍから２００μｍの四角形の凸部予定領
域１３をフォトリソパターニングで残す。その後、摂氏
１２０度のオーブンで感光性樹脂を硬化させ、耐エッチ
ング性を改善する。Next, the substrate is dried in an oven at 90 degrees Celsius for 30 minutes, and the single crystal silicon substrate 11 is cooled to room temperature. As shown in FIG. 6C, with respect to the substrate 11,
A rectangular projected area 13 having a side of 0.2 μm to 200 μm is left by photolithography patterning. Thereafter, the photosensitive resin is cured in an oven at 120 degrees Celsius to improve the etching resistance.
【００４２】図６（ｄ）に示されるように、フッ酸に
よって溝予定領域のシリコン酸化膜をエッチングして、
感光性樹脂を剥離液で除去する。As shown in FIG. 6D, the silicon oxide film in the region where the groove is to be formed is etched with hydrofluoric acid.
The photosensitive resin is removed with a stripper.
【００４３】次に、シリコン酸化膜１２をマスクとし
て、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチング法
によって、図６（ｅ）に示されるように、シリコン基板
１１へ断面Ｖ形状のエッチングピラミッド１４を形成
し、図６（ｆ）に示されるように、シリコン酸化膜マス
クを除去する。このエッチングピラミッド１４が図１の
凸部１８に相当する。このように、この凸部１８は、図
７に示されるように、単結晶シリコン基板１１の表面に
規則正しくレイアウトされる。Next, as shown in FIG. 6E, an etching pyramid 14 having a V-shaped cross section is formed on the silicon substrate 11 by anisotropic etching using an aqueous potassium hydroxide solution using the silicon oxide film 12 as a mask. Is formed, and the silicon oxide film mask is removed as shown in FIG. This etching pyramid 14 corresponds to the projection 18 in FIG. In this way, as shown in FIG. 7, the projections 18 are regularly laid out on the surface of the single crystal silicon substrate 11.
【００４４】次に、ノズル穴（図５参照）を加工し、
酸化シリコン膜を熱酸化法（スパッタ法又はゾルゲル法
も代替可能）によって形成した後、フルオロアルキルシ
ラン又はポリフルオロエチレン等の撥水材料を真空蒸着
法によって蒸着して撥水膜１９（図１参照）を形成す
る。Next, a nozzle hole (see FIG. 5) is machined,
After a silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method (a sputtering method or a sol-gel method can be substituted), a water-repellent material such as fluoroalkylsilane or polyfluoroethylene is deposited by a vacuum deposition method to form a water-repellent film 19 (see FIG. 1). ) Is formed.
【００４５】最後に、上記のようにして形成された第
２プレート２に第１プレート１を接合し、インクジェッ
ト記録ヘッドを完成させる。Finally, the first plate 1 is joined to the second plate 2 formed as described above to complete the ink jet recording head.
【００４６】（実施形態４）図８は、本発明の実施形態
４に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程の一部を
示した断面図であり、第２プレート２の表面に撥水性構
造体を形成するための製造工程を示している。ここで
は、シリコン基板の表面をフォトリソグラフィー法及び
等方性ウエットエッチング法によって加工して撥水性構
造体を形成する場合について説明する。(Embodiment 4) FIG. 8 is a sectional view showing a part of a manufacturing process of an ink jet recording head according to Embodiment 4 of the present invention, in which a water-repellent structure is formed on the surface of a second plate 2. 1 shows a manufacturing process for performing the above. Here, a case where the surface of a silicon substrate is processed by a photolithography method and an isotropic wet etching method to form a water-repellent structure will be described.
【００４７】まず、第２プレートの製造基板として、
例えば板厚２００μｍのガラス基板２１１を用意する。First, as a manufacturing substrate of the second plate,
For example, a glass substrate 211 having a thickness of 200 μm is prepared.
【００４８】図８（ａ）に示されるように、このガラ
ス基板２１１に耐エッチング皮膜として０．３μｍ厚の
窒化シリコン膜２１２をスパッタリング装置で形成す
る。As shown in FIG. 8A, a 0.3 μm thick silicon nitride film 212 is formed on this glass substrate 211 as an etching resistant film by a sputtering apparatus.
【００４９】次いで、窒化シリコン膜２１２にフォト
リソエッチングを施し、図８（ｂ）に示されるように、
構造体の凹部１７に対応する部分の窒化シリコン膜をエ
ッチングする。Next, the silicon nitride film 212 is subjected to photolithography etching, and as shown in FIG.
The portion of the silicon nitride film corresponding to the concave portion 17 of the structure is etched.
【００５０】次に、窒化シリコン膜２１２をマスクと
して、弗化水素酸水溶液を用いた等方性エッチング法に
よって、図８（ｃ）に示すようにガラス基板２１１へエ
ッチング凹部２１５を加工する。Next, using the silicon nitride film 212 as a mask, an etching recess 215 is formed in the glass substrate 211 by an isotropic etching method using a hydrofluoric acid aqueous solution as shown in FIG. 8C.
【００５１】次に図８（ｄ）に示すように、窒化シリ
コン膜２１２を熱燐酸で除去して、凹凸を完成させる。Next, as shown in FIG. 8D, the silicon nitride film 212 is removed with hot phosphoric acid to complete the unevenness.
【００５２】次にノズル穴６（図５参照）を加工し
て、撥水膜としてフルオロアルキルシラン膜を真空蒸着
法によって第２プレート２に蒸着する。Next, the nozzle hole 6 (see FIG. 5) is processed, and a fluoroalkylsilane film as a water-repellent film is deposited on the second plate 2 by a vacuum deposition method.
【００５３】最後に、上述のように形成された第２プ
レート２に第１プレート１を接合し、インクジェット記
録ヘッドを完成させる。Finally, the first plate 1 is joined to the second plate 2 formed as described above to complete the ink jet recording head.
【００５４】（実施形態５）図９は、本発明の実施形態
５に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程に一部を
示した断面図であり、第２プレート２の表面に撥水性構
造体を形成するための製造工程を示している。ここで
は、シリコン基板の表面をフォトリソグラフィー法及び
等方性ドライエッチング法によって加工して撥水性構造
体を形成する場合について説明する。(Embodiment 5) FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process of an ink jet recording head according to Embodiment 5 of the present invention, in which a water-repellent structure is formed on the surface of the second plate 2. 1 shows a manufacturing process for performing the above. Here, a case where the surface of a silicon substrate is processed by a photolithography method and an isotropic dry etching method to form a water-repellent structure will be described.
【００５５】まず、第２プレートの製造基板として、
例えば板厚２００μｍのガラス基板３１１を用意する。First, as a manufacturing substrate for the second plate,
For example, a glass substrate 311 having a thickness of 200 μm is prepared.
【００５６】図９（ａ）に示されるように、このガラ
ス基板３１１に耐エッチング皮膜として約５μｍ厚の感
光性樹脂膜３１２をスピンコート装置で形成する。As shown in FIG. 9A, a photosensitive resin film 312 having a thickness of about 5 μm is formed on the glass substrate 311 as an etching resistant film by a spin coater.
【００５７】次いで、フォトリソエッチングによっ
て、図９（ｂ）に示されるように、構造体の凹部１７に
対応する部分の感光性樹脂膜３１２をエッチングする。Next, as shown in FIG. 9B, the portion of the photosensitive resin film 312 corresponding to the concave portion 17 of the structure is etched by photolithography.
【００５８】次に、感光性樹脂膜をマスクとして、Ｃ
Ｆ４ガスを用いた等方性プラズマエッチング法によっ
て、図９（ｃ）に示すようにガラス基板３１１へエッチ
ング凹部３１５を加工する。Next, using the photosensitive resin film as a mask, C
As shown in FIG. 9C, an etching recess 315 is formed in the glass substrate 311 by an isotropic plasma etching method using F4 gas.
【００５９】次に、図９（ｄ）に示すように、感光性
樹脂膜３１２を熱硫酸で除去して、凹凸を完成させる。Next, as shown in FIG. 9D, the photosensitive resin film 312 is removed with hot sulfuric acid to complete the unevenness.
【００６０】次にノズル穴６（図５参照）を加工し
て、撥水膜としてフルオロアルキルシラン膜を真空蒸着
法によって第２プレート２に蒸着する。Next, the nozzle hole 6 (see FIG. 5) is processed, and a fluoroalkylsilane film as a water-repellent film is deposited on the second plate 2 by a vacuum deposition method.
【００６１】最後に、上述のように形成された第２プ
レート２に第１プレート１を接合し、インクジェット記
録ヘッドを完成させる。Finally, the first plate 1 is joined to the second plate 2 formed as described above to complete the ink jet recording head.
【００６２】（実施形態６）なお、上述の実施形態にお
いて、第２プレート２の材質としてシリコン基板を用い
た例を説明したが、本発明においてはシリコン系材料に
限らず、ステンレスのような金属材料や有機高分子材料
でも同様の機能を発揮する。(Embodiment 6) In the above-described embodiment, an example in which a silicon substrate is used as the material of the second plate 2 has been described. However, the present invention is not limited to a silicon-based material, but may be a metal such as stainless steel. Materials and organic polymer materials also exhibit similar functions.
【００６３】（実施形態７）上述の実施形態２及び３の
インクジェット記録ヘッドをインクジェット記録装置に
搭載して、印字したところ、高品質の印字が得られたこ
とが確認されている。特に、クリーニングに対する擦り
に対しては、撥水機能を凹凸の機能により得るようにし
たので、耐摩耗性があり、長期間の使用に耐えられるこ
とが確認されている。(Embodiment 7) When the ink jet recording heads of Embodiments 2 and 3 were mounted on an ink jet recording apparatus and printing was performed, it was confirmed that high quality printing was obtained. In particular, it has been confirmed that a water-repellent function is obtained by the unevenness function with respect to the rubbing caused by cleaning, so that it has abrasion resistance and can be used for a long time.
【００６４】（比較例１）図１０は、実施形態２と同様
の構造からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、ス
テンレス製の第２プレートへ撥水処理を施す比較例１の
製造工程を示した断面図である。なおこの比較例１及び
後述の比較例２のインクジェット記録ヘッドの構成は図
５に示される構成と同一である。(Comparative Example 1) FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of Comparative Example 1 in which a second plate made of stainless steel is subjected to a water-repellent treatment in an ink jet recording head having a structure similar to that of the second embodiment. is there. The configurations of the inkjet recording heads of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 described later are the same as the configurations shown in FIG.
【００６５】まず、図１０（ａ）に示されるように、
第２プレートのための基板３１を加工してノズル孔３２
を形成して、その後、アルカリ性洗剤を使って超音波洗
浄した。First, as shown in FIG.
The substrate 31 for the second plate is processed to form the nozzle holes 32
Was formed and then ultrasonically cleaned using an alkaline detergent.
【００６６】フッ素原子密度を高めたポリフルオロエ
チレン微粒子を含むニッケル電気めっき液へ基板３１を
浸漬する。そして、図１０（ｂ）に示されるように、基
板３１の表面へ、フッ素原子密度を高めたポリフルオロ
エチレン微粒子３４が分散した共析メッキ膜３３を電気
メッキにより生成する。このメッキ膜３３にはフッ素元
素密度を高めたポリフルオロエチレン粒子３４が含有さ
れている。The substrate 31 is immersed in a nickel electroplating solution containing polyfluoroethylene fine particles having an increased fluorine atom density. Then, as shown in FIG. 10B, an eutectoid plating film 33 in which polyfluoroethylene fine particles 34 having an increased fluorine atom density are dispersed is formed on the surface of the substrate 31 by electroplating. The plating film 33 contains polyfluoroethylene particles 34 having an increased fluorine element density.
【００６７】最後に、このようにして形成された第２
プレート２に第１プレート１を接合し、インクジェット
記録ヘッドを完成させる。Finally, the thus formed second
The first plate 1 is joined to the plate 2 to complete the ink jet recording head.
【００６８】（比較例２）図１１は実施形態２と同様の
構造からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、ポリ
サルフォン製の第２プレートへ撥水材料を塗布する、比
較例２における製造工程を示した断面図である。(Comparative Example 2) FIG. 11 is a sectional view showing a manufacturing process in Comparative Example 2 in which a water repellent material is applied to a second plate made of polysulfone in an ink jet recording head having the same structure as in Embodiment 2. It is.
【００６９】まず、図１１（ａ）に示されるように、
第２プレートのための基板４１を加工してノズル孔４２
を形成して、その後、アルカリ性洗剤を使って超音波洗
浄する。First, as shown in FIG.
The substrate 41 for the second plate is processed to form the nozzle holes 42
And then ultrasonically cleaned using an alkaline detergent.
【００７０】続いて、関西ペイント（株）の商品名
「カンペニレックス」を基板４１表面に塗装して、図１
１（ｂ）に示されるように、塗膜４３を生成する。Subsequently, the surface of the substrate 41 was painted with the product name “Kampenilex” of Kansai Paint Co., Ltd.
As shown in FIG. 1 (b), a coating film 43 is formed.
【００７１】最後に、このようにして形成された第２
プレート４１に第１プレート１を接合し、インクジェッ
ト記録ヘッドを完成させる。Finally, the thus formed second
The first plate 1 is joined to the plate 41 to complete the ink jet recording head.
【００７２】実施形態３、４、５及び比較例1、２のイ
ンクジェット記録ヘッドを記録装置に搭載して、ゴム３
０００回の表面擦り試験を行ったところ、実施形態３、
４及び５のインクジェット記録ヘッドの印字品質は良好
であったが、比較例１及び２のインクジェット記録ヘッ
ドは、第２プレートの表面にインクが付着したため、印
字品質が悪化した。The ink jet recording heads of Embodiments 3, 4, 5 and Comparative Examples 1 and 2 were mounted on a recording apparatus,
When the surface rubbing test was performed 000 times, Embodiment 3,
Although the print quality of the ink jet print heads of Nos. 4 and 5 was good, the print quality of the ink jet print heads of Comparative Examples 1 and 2 deteriorated because the ink adhered to the surface of the second plate.
【００７３】（実施例８）樹脂を原料として用い、実施
形態３、４及び５の撥水性構造体（必ずしも撥水処理は
必要ない）を型として用いて成形を行なった。得られた
成形物品の表面はいずれも実施形態３、４及び５の撥水
性構造体の型を転写した凹凸模様を有していた。この撥
水性構造体又はそれに撥水処理を行なったものも実施形
態３、４又は５のように優れた特性を有することが確認
された。Example 8 Using a resin as a raw material, molding was performed using the water-repellent structures of Embodiments 3, 4 and 5 (water-repellent treatment is not necessarily required) as a mold. The surface of each of the obtained molded articles had an uneven pattern to which the molds of the water-repellent structures of Embodiments 3, 4 and 5 were transferred. It was confirmed that this water-repellent structure or the one subjected to the water-repellent treatment also had excellent characteristics as in Embodiments 3, 4 and 5.
【００７４】[0074]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撥
水性構造体をフォトリソグラフィー法及び異方性エッチ
ング法又はフォトリソグラフィー法、等方性ウェットエ
ッチング法又は等方性ドライエッチング法によって製造
するため、再現性のある撥水性構造体が製造できる。As described above, according to the present invention, a water-repellent structure is manufactured by photolithography and anisotropic etching or photolithography, isotropic wet etching or isotropic dry etching. Therefore, a reproducible water-repellent structure can be manufactured.
【００７５】また、本発明によれば、インクジェット記
録ヘッドのインク吐出孔以外のインク吐出面を上記撥水
性構造体としたため、インクに対する撥水性能が向上し
ている。その結果、印字品質が長期間にわたって良好と
なっている。Further, according to the present invention, since the ink ejection surface other than the ink ejection holes of the ink jet recording head is made of the above-mentioned water-repellent structure, the water-repellency of the ink is improved. As a result, the print quality has been good over a long period of time.
【図１】本発明の実施形態１に係る撥水性構造体の説明
図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a water-repellent structure according to a first embodiment of the present invention.
【図２】撥水機能が発揮されているときの水の接触角の
説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a contact angle of water when a water repellent function is exhibited.
【図３】図１の凹部及び凸部の寸法についての説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram of dimensions of a concave portion and a convex portion in FIG.
【図４】図１の撥水性構造体１００の平面図。FIG. 4 is a plan view of the water-repellent structure 100 of FIG.
【図５】本発明の実施形態２に係るインクジェット記録
ヘッドの分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view of an inkjet recording head according to Embodiment 2 of the present invention.
【図６】本発明の実施形態３における第２プレートの表
面に撥水性構造体を形成するための製造工程の一部を示
した断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a part of a manufacturing process for forming a water-repellent structure on a surface of a second plate according to a third embodiment of the present invention.
【図７】表面に構造体が形成された第２プレートの上面
図。FIG. 7 is a top view of a second plate having a structure formed on the surface.
【図８】本発明の実施形態４における第２プレートの表
面に撥水性構造体を形成するための製造工程の一部を示
した断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process for forming a water-repellent structure on the surface of a second plate according to a fourth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の実施形態５における第２プレートの表
面に撥水性構造体を形成するための製造工程の一部を示
した断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process for forming a water-repellent structure on a surface of a second plate according to the fifth embodiment of the present invention.
【図１０】比較例１の第２プレートの製造工程を示した
断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a second plate of Comparative Example 1.
【図１１】比較例２の第２プレートの製造工程を示した
断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a second plate of Comparative Example 2.
Claims (23)
撥水性構造体を製造する方法であって、前記凹凸構造を
フォトリソグラフィー法及び等方性ウェットエッチング
法によって製造することを特徴とする撥水性構造体の製
造方法。1. A method for manufacturing a water-repellent structure having an uneven structure formed on a substrate surface, wherein the uneven structure is manufactured by a photolithography method and an isotropic wet etching method. A method for producing an aqueous structure.
撥水性構造体を製造する方法であって、前記凹凸構造を
フォトリソグラフィー法及び異方性ウェットエッチング
法によって製造することを特徴とする撥水性構造体の製
造方法。2. A method for manufacturing a water-repellent structure having an uneven structure formed on a substrate surface, wherein the uneven structure is manufactured by a photolithography method and an anisotropic wet etching method. A method for producing an aqueous structure.
撥水性構造体を製造する方法であって、前記凹凸構造を
フォトリソグラフィー法及び等方性ドライエッチング法
によって製造することを特徴とする撥水性構造体の製造
方法。3. A method for manufacturing a water-repellent structure having an uneven structure formed on a substrate surface, wherein the uneven structure is manufactured by a photolithography method and an isotropic dry etching method. A method for producing an aqueous structure.
性構造体の製造方法によって製造されたことを特徴とす
る撥水性構造体。4. A water-repellent structure produced by the method for producing a water-repellent structure according to claim 1.
て、前記基板表面の凸部の高さが均一であることを特徴
とする撥水性構造体。5. The water-repellent structure according to claim 4, wherein the height of the projections on the surface of the substrate is uniform.
前記凸部の高さの均一性が２５０μｍ以内であることを
特徴とする撥水性構造体。6. The water-repellent structure according to claim 5,
A water-repellent structure, wherein the height uniformity of the projections is within 250 μm.
前記凸部の高さの均一性が１５μｍ以内であることを特
徴とする撥水性構造体。7. The water-repellent structure according to claim 5,
The water-repellent structure, wherein the height uniformity of the projections is within 15 μm.
前記凸部の高さの均一性が５μｍ以内であることを特徴
とする撥水性構造体。8. The water-repellent structure according to claim 5,
The water-repellent structure, wherein the height uniformity of the projections is within 5 μm.
て、前記凹部の深さが所定の深さ以上となっていること
を特徴とする撥水性構造体。9. The water-repellent structure according to claim 4, wherein the depth of the recess is equal to or greater than a predetermined depth.
て、前記凹部の深さが１μｍ以上であることを特徴とす
る撥水性構造体。10. The water-repellent structure according to claim 9, wherein the depth of the recess is 1 μm or more.
て、前記凹部の深さが３μｍ以上であることを特徴とす
る撥水性構造体。11. The water-repellent structure according to claim 9, wherein the depth of the recess is 3 μm or more.
て、前記凹部の深さが５μｍ以上であることを特徴とす
る撥水性構造体。12. The water-repellent structure according to claim 9, wherein the depth of the concave portion is 5 μm or more.
て、前記凹凸は、液滴が凹部に落ち込むことなく、か
つ、液滴が凹部の空気層と確実に接触する、ような大き
さであることを特徴とする撥水性構造体。13. The water-repellent structure according to claim 4, wherein the unevenness is such that the liquid droplet does not fall into the concave portion and the liquid droplet surely contacts the air layer of the concave portion. A water-repellent structure, characterized in that:
体において、前記の凹凸は、突起部が分布配置されたも
の、突起部が線条になっているもの、又は、格子状から
なるものであることを特徴とする撥水性構造体。14. The water-repellent structure according to claim 4, wherein the projections and depressions are formed by distributing and arranging the protrusions, by forming the protrusions into a linear shape, or by forming a lattice. A water-repellent structure, characterized in that:
いて、前記突起幅又は溝幅は０．２μｍ〜５００μｍで
あることを特徴とする撥水性構造体。15. The water-repellent structure according to claim 14, wherein the width of the protrusion or the width of the groove is 0.2 μm to 500 μm.
いて、前記突起幅又は溝幅は０．５μｍ〜３０μｍであ
ることを特徴とする撥水性構造体。16. The water-repellent structure according to claim 14, wherein the width of the protrusion or the width of the groove is 0.5 μm to 30 μm.
いて、前記突起幅又は溝幅は１μｍ〜１０μｍであるこ
とを特徴とする撥水性構造体。17. The water-repellent structure according to claim 14, wherein the width of the protrusion or the width of the groove is 1 μm to 10 μm.
体において、前記の凹凸を有する基板表面に撥水膜が形
成されてなることを特徴とする撥水性構造体。18. The water-repellent structure according to claim 4, wherein a water-repellent film is formed on the surface of the substrate having the irregularities.
体において、前記基板はシリコン、酸化シリコン又はガ
ラスであることを特徴とする撥水性構造体。19. The water-repellent structure according to claim 4, wherein the substrate is made of silicon, silicon oxide or glass.
ンクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出孔以外の
前記インク吐出面が、請求項４乃至１９のいずれかに記
載の撥水性構造体から構成されていることを特徴とする
インクジェット記録ヘッド。20. An ink jet recording head having a water repellent property provided on an ink discharge surface, wherein the ink discharge surface other than the ink discharge holes is formed of the water repellent structure according to any one of claims 4 to 19. An inkjet recording head.
ンクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出孔以外の
前記インク吐出面が、請求項１３に記載の撥水性構造体
から構成されていることを特徴とするインクジェット記
録ヘッド。21. An ink jet recording head having an ink ejection surface provided with water repellency, characterized in that the ink ejection surface other than the ink ejection holes is constituted by the water repellent structure according to claim 13. Inkjet recording head.
録ヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記
録装置。22. An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 20.
録ヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記
録装置。23. An ink jet recording apparatus equipped with the ink jet recording head according to claim 21.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP767699A JP2000203035A (en) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | Production of water repellent structure, water repellent structure, ink jet recording head and ink jet recording apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP767699A JP2000203035A (en) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | Production of water repellent structure, water repellent structure, ink jet recording head and ink jet recording apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000203035A true JP2000203035A (en) | 2000-07-25 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP767699A Withdrawn JP2000203035A (en) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | Production of water repellent structure, water repellent structure, ink jet recording head and ink jet recording apparatus |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2000203035A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014177072A (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Asahi Glass Co Ltd | Water-repellent, oil-repellent object |
-
1999
- 1999-01-14 JP JP767699A patent/JP2000203035A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014177072A (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Asahi Glass Co Ltd | Water-repellent, oil-repellent object |
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